Titel

Seitenkanalverdichter für ein Brennstoffzellensystem zur Förderung und/oder

Verdichtung von einem gasförmigen Medium

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Seitenkanalverdichter für ein Brennstoff zellensystem zur Förderung und/oder Verdichtung von einem gasförmigen Me dium, insbesondere Wasserstoff, das insbesondere zur Anwendung in Fahrzeu gen mit einem Brennstoffzellenantrieb vorgesehen ist.

Im Fahrzeugbereich spielen neben flüssigen Kraftstoffen in Zukunft auch gasför mige Kraftstoffe eine zunehmende Rolle. Insbesondere bei Fahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieb müssen Wasserstoffgasströme gesteuert werden. Die Gasströme werden hierbei nicht mehr diskontinuierlich wie bei der Einspritzung von flüssigem Kraftstoff gesteuert, sondern es wird das Gas aus mindestens ei nem Hochdrucktank entnommen und über eine Zuströmleitung eines Mitteldruck leitungssystem an eine Ejektoreinheit geleitet. Diese Ejektoreinheit führt das Gas über eine Verbindungsleitung eines Niederdruckleitungssystems zu einer Brenn stoffzelle. Nachdem das Gas durch eine Brennstoffzelle geströmt ist wird es über eine Rückführleitung zurück zur Ejektoreinheit geführt. Dabei kann der Seitenka nalverdichter zwischengeschaltet werden, der die Gasrückführung strömungs technisch und effizienztechnisch unterstützt. Zudem werden Seitenkanalverdich ter zur Unterstützung des Strömungsaufbaus im Brennstoffzellenantrieb einge setzt, insbesondere bei einem (Kalt)-Start des Fahrzeugs nach einer gewissen Standzeit. Das Antreiben dieser Seitenkanalverdichter erfolgt üblicherweise über Elektromotoren, die beim Betrieb in Fahrzeugen über die Fahrzeugbatterie mit Spannung versorgt werden.

Aus der DE 2017 102 157 39 Al ist ein Seitenkanalverdichter für ein Brennstoff zellensystem bekannt, bei dem ein gasförmiges Medium, insbesondere Wasser stoff, gefördert und/oder verdichtet wird. Der Seitenkanalverdichter weist dabei ein Gehäuse und einen Antrieb auf, wobei das Gehäuse ein Gehäuse-Oberteil und ein Gehäuse-Unterteil aufweist. Des Weiteren ist in dem Gehäuse ein um laufend um eine Drehachse verlaufender Verdichterraum angeordnet, der min destens einen umlaufenden Seitenkanal aufweist. In dem Gehäuse befindet sich ein Verdichterrad, das drehbar um die Drehachse angeordnet ist und durch den Antrieb angetrieben wird, wobei das Verdichterrad an seinem Umfang im Bereich des Verdichterraums angeordnete Schaufelblätter aufweist. Zudem weist der aus der DE 2017 102 15739 Al bekannte Seitenkanalverdichter jeweils eine am Ge häuse ausgebildeten Gas-Einlassöffnung und eine Gas-Auslassöffnung auf, die über den Verdichterraum, insbesondere den mindestens einen Seitenkanal, flui- disch miteinander verbunden sind.

Der aus der DE 2017 102 15739 Al bekannte Seitenkanalverdichter kann ge wisse Nachteile aufweisen.

Bei einem Stillstand des Seitenkanalverdichters und/oder des Verdichterrads auf grund eines Defektes und/oder einer Beschädigung des Seitenkanalverdichters muss das durch das Brennstoffzellensystems, insbesondere einen Anodenkreis lauf, zu fördernde gasförmige Medium den Seitenkanalverdichter komplett durch den mindestens einen umlaufenden Seitenkanal durchströmen. Der Stillstand des Seitenkanalverdichters und/oder des Verdichterrads kann alternativ dadurch begründet sein, dass sich das Brennstoffzellensystem in einem Betriebszustand befindet, in der der Seitenkanalverdichter bewusst ausgeschaltet wird, um eine verbesserte Förderrate über die anderen Komponenten, wie beispielsweise eine Strahlpumpe sicherzustellen. Dabei kann der Seitenkanalverdichter im abge schalteten Zustand einen Strömungswiderstand ausbilden, zum einen aufgrund der geometrischen Ausformung des mindestens einen Seitenkanals und zum an deren aufgrund der Geometrie des Verdichterrads im Verdichterraum, insbeson dere aufgrund einer Schaufelblatt-Geometrie des Verdichterrads. Da somit das gasförmige Medium in dem Fall den gesamten mindestens einen Seitenkanal des Seitenkanalverdichters in einer ersten Strömungsrichtung bei einem stillste henden Verdichterrad durchströmen muss, bildet der Seitenkanalverdichter einen Strömungswiderstand im Brennstoffzellensystem aus, wodurch sich der Wir kungsgrad und/oder die Förderrate des gesamten Brennstoffzellensystems ver schlechtert. Offenbarung der Erfindung Vorteile der Erfindung

Erfindungsgemäß wird ein Seitenkanalverdichter für ein Brennstoffzellensystem zur Förderung und/oder Verdichtung von einem gasförmigen Medium, insbeson dere Wasserstoff, mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche bereit gestellt.

Bezugnehmend auf Anspruch 1 wird ein Seitenkanalverdichter vorgeschlagen, bei dem mittels einer Rotationsbewegung mindestens eines scheibenförmigen Elements um eine Drehachse ein Unterbrecher-Bereich zwischen einer Gas-Ein lassöffnung und einer Gas-Auslassöffnung wegbewegt und durch eine By-Pass- Strömungsverbindung ersetzt wird. Dabei wird das scheibenförmigen Elements mittels einer elektrischen Stelleinheit in die Rotationsbewegung versetzt. Auf diese Weise lässt sich die By-Pass-Strömungsverbindung durch den Seitenka nalverdichter hersteilen, wodurch eine verbesserte Durchströmung aufgrund ei nes geringeren Strömungswiderstands durch den Seitenkanalverdichter beim Stillstand eines Verdichterrads erzielt werden kann. Der Seitenkanalverdichter bildet somit einen verringerten Strömungswiderstand in dem Brennstoffzellensys tem aus, insbesondere eine verringerte Drosselung der Strömung. Dadurch lässt sich der Vorteil erzielen, dass sich der Wirkungsgrad und/oder die Förderrate des gesamten Brennstoffzellensystems verbessern lässt. Da sich die By-Pass Strö mungsverbindung zudem annähernd direkt zwischen der Gas-Einlassöffnung und der Gas-Auslassöffnung befindet, kann der Vorteil erzielt werden, dass die Länge, insbesondere die Leitungslänge, die das gasförmige Medium durch den Seitenkanal durchströmen muss, weitaus kürzer ist. Dadurch lässt sich der Strö mungswiderstand des Seitenkanalverdichters bei der geöffneten By-Pass Strö mungsverbindung reduzieren, insbesondere im Vergleich zu einem Seitenkanal verdichter, der keine By-Pass Strömungsverbindung aufweist. Da die weitere Strömungsverbindung, insbesondere die By-Pass Strömungsverbindung, zeit weise und/oder betriebszustandsabhängig hergestellt werden kann, lässt sich eine optimale Einbindung des Seitenkanalverdichters in das Brennstoffzellensys tem unabhängig vom eingeschalteten oder ausgeschalteten Zustand und/oder dem Betriebszustand der Brennstoffzelle erzielen. Dabei kann beispielsweise der Seitenkanalverdichter bei einem bestimmten Betriebszustand des Brennstoffzel- lensystems abgeschaltet werden, insbesondere während nur mittels einer Strahl pumpe durch das Brennstoffzellensystem gefördert wird, während die By-Pass Strömungsverbindung geöffnet wird. Bei einem weiteren Betriebszustand kann der Seitenkanalverdichter zugeschaltet werden, insbesondere wenn ein hohes Fördervolumen im Brennstoffzellensystem erzielt werden soll. In dem Fall wird die By-Pass Strömungsverbindung geschlossen, so dass das gasförmige Me dium mittels der Schaufelblätter des Verdichterrads durch die Seitenkanäle eines Verdichterraums in einer ersten Strömungsrichtung gefördert wird und der Sei tenkanalverdichter das Fördervolumen des gasförmigen Mediums im Brennstoff zellensystem erhöht. Ein weiterer Vorteil, der sich auf diese Weise erzielen lässt, ist die kompakte Bauweise des Seitenkanalverdichters, da die By-Pass Strö mungsverbindung bei gleichem Bauraum in den Seitenkanalverdichter integriert werden kann und keine Bauteile außerhalb des Bauraums des Seitenkanalver dichters notwendig sind.

Die das scheibenförmige Element in Bewegung versetzende Aktorik wird mittels der elektrischen Stelleinheit umgesetzt. Dies bietet den Vorteil, dass eine schnelle Ansteuerung erfolgen kann und Rotationsbewegung des scheibenförmi gen Elements erfolgt, wodurch ein schnelles Wegbewegen des Unterbrecher-Be reichs zum Ausbilden der By-Pass-Strömungsverbindung erfolgen kann. Ein sehr genaues Anfahren in die Endlagen der Rotationsbewegung ist zudem mittels der elektrischen Stelleinheit möglich. Auf diese Weise kann der Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems verbessert werden. Des Weiteren benötigt die elektri sche Stelleinheit wenig Energie beim Versetzen des scheibenförmigen Elements in Rotationsbewegung, wodurch sich die Betriebskosten reduzieren lassen

Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das scheibenförmige Element in einer ersten Drehstellung derart positioniert ist, dass sich eine erste Bohrung mit der Gas-Auslassöffnung überdeckt und dass sich eine zweite Bohrung mit der Gas-Einlassöffnung überdeckt, wobei eine dritte Bohrung auf der dem Verdich terrad abgewandten Öffnung durch ein Gehäuse-Oberteil verdeckt ist. Dabei ist das scheibenförmige Element in einer zweiten Drehstellung derart positioniert, dass die zweite Bohrung sich mit der Gas-Auslassöffnung überdeckt und die dritte Bohrung sich mit der Gas-Einlassöffnung überdeckt, wobei die erste Boh- rung auf der dem Verdichterrad abgewandten Öffnung durch das Gehäuse-Ober teil verdeckt ist. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass mittels eines geringen Energieaufwands die By-Pass-Strömungsverbindung zwischen der Gas-Einlassöffnung und der Gas-Auslassöffnung ausgebildet werden kann, da der benötigte Drehwinkel des scheibenförmigen Elements gering ist. Durch die Verdeckung der nicht benötigten Öffnung mittels des Gehäuse-Oberteil kann eine zumindest nahezu vollständige Kapselung und/oder Verschließung der nicht benötigten Öffnung erzielt werden, so dass keine oder zumindest geringe Druck verluste und/oder Ausströmen des gasförmigen Mediums aus dem Seitenkanal verdichter erfolgt. Dadurch lässt sich das Ansprechverhalten der By-Pass-Strö- mungsverbindung verbessern und die Betriebskosten des Brennstoffzellensys tems können reduziert werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung des Seitenkanalverdichters wird das schei benförmige Element durch ein Federelement mit einer Rückstellkraft beauf schlagt, wobei die Rückstellkraft das scheibenförmige Element in einer ersten Drehrichtung in die zweite Drehstellung positioniert. Dabei wird insbesondere die By-Pass Strömungsverbindung hergestellt, wobei die erste Drehrichtung um die Drehachse verläuft. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass das scheibenförmige Element mittels der Federkraft in eine derartige Grundstellung zurückbewegt und somit in der zweiten Drehstellung positioniert wird, dass die By-Pass-Strömungsverbindung geöffnet ist. Dies bietet den Vorteil, dass bei ei nem Ausfall des Seitenkanalverdichters, beispielsweise bei einem Kurzschluss im Seitenkanalverdichter, bei dem nur die Komponente Seitenkanalverdichter im Brennstoffzellensystem nicht mehr mit Strom versorgt wird, der Seitenkanalver dichter nun automatisch die By-Pass-Strömungsverbindung ausbildet, da die Fe derkraft unabhängig von einer Strömungsversorgung das scheibenförmige Ele ment in der zweiten Drehstellung positioniert. Da bei einem Ausfall des Seitenka nalverdichters auch das Verdichterrad Stillstehen würde, würde der Seitenkanal verdichter aufgrund der Schaufelgeometrie des Verdichterrads einen erheblichen Strömungswiderstand im Brennstoffzellensystem ausbilden und somit den Wir kungsgrad des Brennstoffzellensystems und/oder der Strahlpumpe im Brenn stoffzellensystem erheblich verschlechtern. Da aufgrund des Einsatzes der Feder automatisch bei einem Stromausfall die By-Pass-Strömungsverbindung ausgebil det wird, lässt sich dieser Nachteil beheben. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Seitenkanalverdichters wird das scheibenförmige Element durch die Stelleinheit mit einer Verstellkraft beauf schlagt, wobei die Verstellkraft das scheibenförmige Element in einer zweiten Drehrichtung in die erste Drehstellung positioniert, wobei insbesondere die By- Pass-Strömungsverbindung nicht hergestellt ist, wobei die zweite Drehrichtung um die Drehachse verläuft. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass Der Seitenkanalverdichter im Förderbetrieb zuverlässig arbeitet und die By-Pass- Strömungsverbindung zuverlässig geschlossen bleibt. Das Risiko eines verse hentlichen Öffnens der By-Pass-Strömungsverbindung kann somit reduziert wer den, wodurch die Zuverlässigkeit des Seitenkanalverdichters verbessert werden kann.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des Seitenkanalverdichters ist das Federelement in der Stelleinheit integriert, insbesondere innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses der Stelleinheit. Auf diese Weise kann eine kompakte Bauweise des Seitenkanalverdichters erzielt werden. Weiterhin benötigt das Fe derelement und die Stelleinheit nur eine gemeinsame Schnittstelle mit dem scheibenförmigen Element aufweisen, wodurch die Zuverlässigkeit des Seitenka nalverdichters erhöht werden kann. Des Weiteren können die Montagekosten für das Federelement und die Stelleinheit verringert werden, da diese nun nicht se parat montiert werden müssen. Auf diese Weise können die Gesamtkosten des Seitenkanalverdichters reduziert werden.

Gemäß einem vorteilhaften Verfahren zum Start oder zum Abschalten des Sei tenkanalverdichters mittels einer Ansteuerung der elektrischen Stelleinheit, ins besondere eines mehrmaligen An- und Abschaltens, das scheibenförmige Ele ment mehrmals abwechselnd in beiden Drehrichtungen bewegt. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass sogenannte Eisbrücken innerhalb des Sei tenkanalverdichters eliminiert werden. Durch das Hin- und Her- bewegen des scheibenförmigen Elements in einer Relativbewegung zum Gehäuse, werden diese Eisbrücken, die insbesondere in kristalliner Struktur vorliegen, zertrümmert. Somit können somit schon vor einem Starten des Seitenkanalverdichters diese Eisbrücken beseitigt werden, so dass die beweglichen Teile beim Betrieb des Seitenkanalverdichters nicht beschädigt werden, wie beispielsweise das Verdich terrad. Somit kann die Lebensdauer des Seitenkanalverdichters erhöht werden indem schon vor dem Betrieb die schädigenden Eisbrückenkristalle zerstört und aus dem Seitenkanalverdichter abgeführt werden. Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrie ben.

Es zeigt:

Figur 1 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Seiten kanalverdichters,

Figur 2 eine schematische Schnittansicht des Seitenkanalverdichters mit ei nem scheibenförmigen Element.

Figur 3 einen in Figur 2 mit A-A bezeichneten Schnitt des Seitenkanalver dichters in vergrößerter Darstellung, wobei das scheibenförmige Ele ment in einer ersten Drehstellung positioniert ist

Figur 4 einen in Figur 2 mit A-A bezeichneten Schnitt des Seitenkanalver dichters in vergrößerter Darstellung, wobei sich das scheibenförmige Element in einer zweiten Drehstellung positioniert ist

Figur 5 einen in Figur 2 mit A-A bezeichneten Schnitt des Seitenkanalver dichters in vergrößerter Darstellung gemäß einem ersten Ausfüh rungsbeispiel

Figur 6 einen in Figur 2 mit A-A bezeichneten Schnitt des Seitenkanalver dichters in vergrößerter Darstellung gemäß einem zweiten Ausfüh rungsbeispiel Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Der Darstellung gemäß Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch einen rotationssymmet risch zu einer Drehachse 4 ausgebildeten erfindungsgemäß vorgeschlagene Sei tenkanalverdichter 1 zu entnehmen.

Der Seitenkanalverdichter 1 weist dabei ein Verdichterrad 2 auf, das insbeson dere als geschlossenes scheibenartiges Verdichterrad 2 ausgebildet ist und um die horizontal verlaufenden Drehachse 4 drehbar in einem Gehäuse 3 gelagert ist. Dabei dient ein Antrieb 6, insbesondere ein elektrischer Antrieb 6, als Dreh antrieb 6 des Verdichterrads 2. Der Antrieb 6 ist dabei insbesondere als ein Axi alfeld- Elektromotor 6 ausgeführt und kann Kühlrippen 33 aufweisen. Das Ge häuse 3 umfasst ein Gehäuse-Oberteil 7 und ein Gehäuse-Unterteil 8, die mitei nander verbunden sind, wobei zwischen dem Gehäuse-Oberteil 7 und dem Ge häuse-Unterteil 8 ein erstes um die Drehachse 4 umlaufendes Dichtelement 29, insbesondere ein O-Ring, angeordnet ist. Das erste Dichtelement 29 bewirkt da bei eine Kapselung eines Verdichterraums 30 des Seitenkanalverdichters 1, ins besondere gegen Kontamination oder Feuchtigkeit von außen. Weiterhin ist das Verdichterrad 2 drehfest auf einer Antriebswelle 9 angeordnet und wird vom Ge häuse-Oberteil 7 und dem Gehäuse-Unterteil 8 umschlossen. Das Verdichterrad 2 weist eine innere Verdichterrad-Nabe 10 auf, wobei die Verdichterrad-Nabe 10 eine Aussparung aufweist, durch die die Antriebswelle 9 gesteckt ist und wobei die Verdichterrad-Nabe 10 insbesondere mittels eines Pressverbands mit der An triebswelle 9 verbunden ist. Die Verdichterrad-Nabe 10 ist zudem umlaufend auf der der Drehachse 4 abgewandten Seite durch einen Naben-Fuß 12 begrenzt. Vom Naben-Fuß 12 nach außen von der Drehachse 4 weg bildet das Verdichter rad 2 eine umlaufende kreisförmige Naben-Scheibe 13 aus. Des Weiteren bildet das Verdichterrad 2 eine sich außenseitig an die Naben-Scheibe 13 anschlie ßende Förderzelle 28 aus. Diese Förderzelle 28 des Verdichterrades 2 verläuft umlaufend um die Drehachse 4 in dem umlaufenden Verdichterraum 30 des Ge häuses 3. Weiterhin ist in Fig. 1 im Bereich der Förderzelle 28 die geschnittene Kontur eines Schaufelblattes 5 zu sehen. Dieses Schaufelblatt 5 kann eine V-för- mige Kontur aufweisen. Des Weiteren wird die jeweilige Förderzelle 28 in Rotati onsrichtung des Verdichterrads 2 von zwei Schaufelblättern 5 begrenzt, wobei eine Anzahl von Schaufelblättern 5 umlaufend um die Drehachse 4 am Verdich terrad 2 radial zur Drehachse 4 angeordnet sind. Zwischen dem Gehäuse 3 und dem Antrieb 6 kann zudem ein zweites umlaufendes Dichtelement 31, insbeson dere ein O-Ring, angeordnet sein. Das zweite Dichtelement 31 bewirkt dabei eine Kapselung der elektrischen Bauteile des Antriebs 6 gegen Kontamination oder Feuchtigkeit von außen.

Des Weiteren weist das Gehäuse 3, insbesondere das Gehäuse-Oberteil 7 und/oder das Gehäuse-Unterteil 8, im Bereich des Verdichterraums 30 mindes tens einen umlaufenden Seitenkanal 19, 21 auf. Dabei verläuft der mindestens eine Seitenkanal 19, 21 derart im Gehäuse 3 in Richtung der Drehachse 4, dass dieser axial zur Förderzelle 28 einseitig oder beidseitig verläuft. Der mindestens eine Seitenkanal 19, 21 kann dabei zumindest in einem Teilbereich des Gehäu ses 3 umlaufend um die Drehachse 4 verlaufen, wobei in dem Teilbereich, in dem der mindestens eine Seitenkanal 19, 21 im Gehäuse 3 nicht ausgebildet ist, ein Unterbrecher-Bereich 15 im Gehäuse 3 ausgebildet ist (siehe Fig. 3).

Die Antriebswelle 9 ist axial zur Drehachse 4 zumindest kardanisch mit dem An trieb 6 verbunden. Zudem befindet sich ein Lager 27 am Außendurchmesser der Antriebswelle 9 axial im Bereich zwischen dem Gehäuse-Unterteil 8 und dem Verdichterrad 2. Die Antriebswelle 9 bildet einen Lager-Zapfen 36 axial zur Dreh achse 4 auf Ihrer dem Antrieb 6 abgewandten Seite aus, wobei sich im Bereich des Lager-Zapfens 36 das Lager 27 befindet. Zudem ist mindestens eine um die Drehachse 4 umlaufende Dichtung 23 am Außendurchmesser der Antriebswelle 9 angeordnet, insbesondere axial zu Drehachse 4 zwischen dem Naben-Fuß 12 und dem Antrieb 6 und radial zur Drehachse 4 zwischen der Antriebswelle 9 und dem Gehäuse-Oberteil 7. Dabei verhindert die Dichtung 23 zum einen, dass das zu fördernde gasförmige Medium aus dem Gehäuse 3 in den Antrieb eindringen kann. Zum anderen wird durch die Dichtung 23 zum anderen der Bereich inner halb des Gehäuses 3 gegen Kontamination oder Feuchtigkeit von außen gekap selt. Die Dichtung 23 kann dabei beispielsweise als eine Labyrinth-Dichtung 23 ausgeführt sein.

In einer möglichen Ausführungsform weist die Antriebswelle 9 Absätze auf, die in axialer Richtung zu beiden Wellen-Enden hin verlaufen, ausgehend von Ihrem Außendurchmesser-Bereich, auf den das Verdichterrad 2 aufgebracht ist. Im Be reich zwischen dem jeweiligen Absatz und dem jeweiligen Wellenende ist der Durchmesser der Antriebswelle 9 insbesondere verkleinert, im Vergleich zum größeren Wellendurchmesser-Bereich, in dem die Antriebswelle 9 mit dem Ver dichterrad 2 verbunden ist. Bei den Lagern 27 kann es sich um Wälzlager 27 handeln, insbesondere um Kugellager 27. Der Antrieb 6 kann mit dem Gehäuse 3 des Seitenkanalverdichters 1 verbunden sein, insbesondere mit dem Gehäuse- Oberteil 7, indem der Antrieb 6 mit mindestens einer Stirnfläche an einer Stirnflä che des Gehäuses 3 axial zur Drehachse 4 anliegt.

Weiterhin bildet das Gehäuse 3, insbesondere das Gehäuse-Unterteil 8, eine Gas-Einlassöffnung 14 und eine Gas-Auslassöffnung 16 aus. Dabei sind die Gas-Einlassöffnung 14 und die Gas-Auslassöffnung 16, insbesondere über den mindestens einen Seitenkanal 19, 21, fluidisch miteinander verbunden.

Vom Antrieb 6 wird ein Drehmoment über die Antriebswelle 9 und die Verdichter- rad-Nabe 10 auf das Verdichterrad 2 übertragen. Dabei wird das Verdichterrad 2 in Rotationsbewegung versetzt und die Förderzelle 28 bewegt sich in einer Rota tionsbewegung umlaufend um die Drehachse 4 durch den Verdichterraum 30 im Gehäuse 3 in Richtung einer ersten Drehrichtung 20 (siehe Fig. 2). Dabei wird ein schon im Verdichterraum 30 befindliches gasförmiges Medium durch die För derzelle 28 mitbewegt und dabei gefördert und/oder verdichtet. Zudem findet eine Bewegung des gasförmigen Mediums, insbesondere ein Strömungsaus tausch, zwischen der Förderzelle 28 und dem mindestens einen Seitenkanal 19, 21 statt. Des Weiteren ist der Seitenkanalverdichter 1 über die Gas- Einlassöff nung 14 und die Gas-Auslassöffnung 16 mit einem Brennstoffzellensystem 37 verbunden, wobei das gasförmige Medium, bei dem es sich insbesondere um ein unverbrauchtes Rezirkulationsmedium aus einer Brennstoffzelle 39 handelt, über die Gas-Einlassöffnung 14 in den Verdichterraum 30 des Seitenkanalverdichters 1 ein und/oder wird dem Seitenkanalverdichter 1 zugeführt und/oder wird aus dem Bereich, der der Gas-Einlassöffnung 14 vorgelagert ist, angesaugt. Dabei wird das gasförmige Medium nach erfolgtem Durchlauf durch die Gas-Auslassöff- nung 16 des Seitenkanalverdichters 1 abgeleitet und strömt insbesondere in ei ner Ausströmrichtung 41 zum Brennstoffzellensystems 37.

Zudem ist in Fig. 1 gezeigt, dass das gasförmige Medium in Einströmrichtung 39 beispielsweise von einem Brennstoffzellenstapel, in den Seitenkanalverdichter 1 einströmt. Dabei erhöht sich mit fortschreitendem Umlauf von der Gas- Einlassöff nung 14 zur Gas-Auslassöffnung 16 in Drehrichtung des Verdichterrads 2 die Verdichtung und/oder der Druck und/oder die Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Mediums in der Förderzelle 28, insbesondere in den Förderzellen 28 des Verdichterrades 2 und in den Seitenkanälen 19. Dabei wird das gasför mige Medium nach erfolgtem Durchlauf durch die Gas-Auslassöffnung 16 des Seitenkanalverdichters 1 abgeleitet und strömt in Ausströmrichtung 41, insbeson dere in Richtung einer Strahlpumpe 52 des Brennstoffzellensystems 37, aus. Durch den Unterbrecher-Bereich 15 wird eine Trennung einer Druckseite und ei ner Saugseite bewirkt, wobei sich die Saugseite im Bereich der Gas- Einlassöff nung 14 befindet und die Druckseite im Bereich der Gas-Auslassöffnung 16 be findet.

In Fig. 2 ist eine schematische Schnittansicht des Seitenkanalverdichters 1 mit mindestens einem scheibenförmigen Element 11, wobei sich das scheibenför mige Element 11 in Richtung der Drehachse 4 zwischen dem Verdichterrad 2 und dem Gehäuse-Oberteil 7 und/oder dem Verdichterrad 2 und dem Gehäuse- Unterteil 8 befindet. Dabei ist das mindestens eine scheibenförmige Element 11 umlaufend um die Drehachse 4 ausgebildet, wobei das mindestens eine schei benförmige Element 11 um die Drehachse 4 drehbar auf dem Naben-Fuß 12 der Verdichterrad-Nabe 10 und/oder auf der Antriebswelle 9 gelagert ist. Das Ge häuse-Oberteil 7 und das Gehäuse-Unterteil 8, sind dabei beispielsweise mittels einer Verschraubung 48 miteinander verbunden sind.

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel befindet sich ein erstes scheibenförmi ges Element 11a zwischen dem Verdichterrad 2 und dem Gehäuse-Unterteil 8 in Richtung der Drehachse 4, so wie in Fig. 2 dargestellt. Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel kann sich ein weiteres scheibenförmiges Element 11b (nicht dargestellt in Fig. 2) zwischen dem Verdichterrad 2 und dem Gehäuse-Oberteil 7 in Richtung der Drehachse 4 befinden. Dabei ist auch dieses zweite scheibenför mige Element 11b um die Drehachse 4 drehbar auf dem Naben-Fuß 12 der Ver- dichterrad-Nabe 10 und/oder auf der Antriebswelle 9 gelagert. Dabei weist das jeweilige scheibenförmige Element 11 mindestens einen Seitenkanal 19, 21 auf, wobei dieser in Richtung der Drehachse 4 auf, der dem Verdichterrad 2, insbe sondere dem Schaufelblatt 5, zugewandten Seite des scheibenförmigen Ele ments 11 ausgebildet ist. Dabei weisen beide scheibenförmigen Elemente 11a, b jeweils mindestens einen Seitenkanal 19, 21 und im Unterbrecher-Bereich 15 je weils einen Steg 25 (gezeigt in Fig. 3) auf, wodurch zum einen zwischen dem Verdichterrad 2 und dem Gehäuse-Unterteil 8 und zum anderen zwischen dem Verdichterrad 2 und dem Gehäuse-Oberteil 7 jeweils mittels des Stegs 25 ein kapselnder Trennungsbereich 47 ausgebildet wird. Durch den jeweiligen Steg 25 wird eine fluidische Trennung des jeweiligen Seitenkanals 19, 21 bewirkt, insbe sondere in dem Bereich zwischen der Gas-Einlassöffnung 14 und der Gas-Aus- lassöffnung 16.

In Fig. 2 ist zudem dargestellt, dass sich ein Federelement 35 im Gehäuse 3 be findet. Das Federelement 35 kann dabei im Bereich zwischen dem Gehäuse-Un terteil 8 und dem Verdichterrad 2 angeordnet ist. Dabei wird durch das Federele ment 35 eine Kraft auf das scheibenförmige Element 11 ausgeübt, insbesondere eine Vorspannkraft, die eine Rotation des scheibenförmigen Elements 11 um die Drehachse 4 bewirkt. Das Federelement 35 kann dabei als eine Spiralfeder 35 ausgebildet sein.

Fig. 3 zeigt einen in Fig. 2 mit A-A bezeichneten Schnitt des Seitenkanalverdich ters 1 in vergrößerter Darstellung, wobei das mindestens eine scheibenförmige Element 11 in einer ersten Drehstellung um die Drehachse 4 im Gehäuse 3, ins besondere im Gehäuse-Oberteil 7 oder im Gehäuse-Unterteil 8, positioniert ist.

Fig. 3 zeigt hierbei die Anordnung des scheibenförmigen Elements 11 zwischen dem Verdichterrad 2 und dem Gehäuse-Unterteil 8 gemäß einem ersten Ausfüh rungsbeispiel. Dabei weist das erste scheibenförmige Element 11a im Bereich des mindestens einen Seitenkanals 19, 21 axial zur Drehachse 4 verlaufend eine erste Bohrung 40 und/oder eine zweite Bohrung 42 und/oder eine dritte Bohrung 44 auf, wobei der Steg 25 zwischen der ersten Bohrung 40 und der zweiten Boh rung 42 ausgebildet ist. Wie in Fig. 3 dargestellt ist das scheibenförmige Element 11 in der ersten Drehstellung derart im Gehäuse-Unterteil 8 positioniert, dass sich die erste Bohrung 40 mit der Gas-Auslassöffnung 16 überdeckt und dass sich die zweite Bohrung 42 sich mit der Gas-Einlassöffnung 14 überdeckt. Dabei wird die dritte Bohrung 44 auf der dem Verdichterrad 2 abgewandten Öffnung durch das Gehäuse-Oberteil 8 verdeckt. In dieser ersten Drehstellung des schei benförmigen Elements 11 befindet sich der Steg 25 im Unterbrecherbereich 15 wodurch sich der kapselnde Trennungsbereich 47 zwischen dem scheibenförmi gen Element 11 und dem Gehäuse-Unterteil 8 ausbildet, insbesondere im Unter brecherbereich 15. Der Steg 25 verläuft in dieser ersten Drehstellung des schei benförmigen Elements 11 dabei symmetrisch zu einer Längsachse 46, wobei die Längsachse 46 orthogonal zur Drehachse 4 und im gleichen Abstand zur Gas- Einlassöffnung 14 und zur Gas-Auslassöffnung 16 verläuft.

Die in Fig. 3 gezeigte erste Drehstellung des scheibenförmigen Elements 11 vor teilhafterweise bei einem eingeschalteten Seitenkanalverdichter 1 vorliegt, insbe sondere während sich das Verdichterrad 2 in einer Rotationsbewegung um die Drehachse 4 befindet und der Seitenkanalverdichter 1 somit im Betrieb ist. Um das scheibenförmige Element 11 in die erste Drehstellung zu bewegen, muss das scheibenförmige Element 11 in einer zweiten Drehrichtung 38 im Gehäuse 3, insbesondere im Gehäuse-Unterteil 8, um die Drehachse 4 gedreht werden, wo bei sich das scheibenförmige Element 11 dabei im Verhältnis zum feststehenden Seitenkanalverdichter 1 und zum feststehenden Gehäuse-Unterteil 8 dreht. Für eine optimale Funktion des Seitenkanalverdichters 1 in eingeschaltetem Zustand mit dem sich in Rotation befindlichen Verdichterrad 2 ist es erforderlich, dass das scheibenförmige Element 11, insbesondere der jeweilige Seitenkanal 19, 21 des scheibenförmigen Elements 11, zum Gehäuse 3, insbesondere zum Gehäuse- Oberteil 7 und/oder zum Gehäuse-Unterteil 8, und/oder zum Verdichterrad 2 möglichst effizient gekapselt ist, so dass das gasförmige Medium nicht oder nur eine geringe Menge des gasförmigen Mediums aus dem Verdichterraum 30 ent weichen kann.

Gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform kann sich ein weiteres scheibenförmiges Element 11b zwischen dem Verdichterrad 2 und dem Ge häuse-Oberteil 7 befinden. Dieses weitere scheibenförmige Element 11b muss dabei nicht zwangsläufig die erste Bohrung 40, die zweite Bohrung 42 oder die dritte Bohrung 44 aufweisen.

Fig. 4 zeigt einen in Fig. 2 mit A-A bezeichneten Schnitt des Seitenkanalverdich ters 1 in vergrößerter Darstellung, wobei das mindestens eine scheibenförmige Element 11 in einer zweiten Drehstellung um die Drehachse 4 im Gehäuse 3, insbesondere im Gehäuse-Oberteil 7 oder im Gehäuse-Unterteil 8, positioniert ist. Dabei wird eine weitere Strömungsverbindung 18, insbesondere eine By- Pass-Strömungsverbindung 18, zwischen der Gas-Einlassöffnung 14 und der Gas-Auslassöffnung 16 zumindest zeitweise und/oder betriebszustands-abhän- gig vom Seitenkanalverdichter 1 hergestellt wird, wobei diese By-Pass-Strö- mungsverbindung 18 insbesondere zumindest annähernd direkt zwischen der Gas-Einlassöffnung 14 und der Gas-Auslassöffnung 16 ausgebildet wird. Dabei wird die By-Pass-Strömungsverbindung 18 durch ein Wegbewegen des jeweiligen Stegs 25 aus dem Unterbrecherbereichs 15 ausgebildet, wodurch der kapselnde Trennungsbereich 47 zwischen dem Verdichterrad 2 und dem Ge häuse 3, insbesondere zwischen dem Steg 25 und dem Verdichterrad 2, aufge hoben wird. Dabei wird das scheibenförmige Element 11 in der zweiten Drehstel lung derart positioniert, dass sich die zweite Bohrung 42 des scheibenförmigen Elements 11 mit der Gas-Auslassöffnung 16 des Gehäuses 3, insbesondere des Gehäuse-Unterteils 8, überdeckt und sich die dritte Bohrung 44 des scheibenför migen Elements 11 mit der Gas-Einlassöffnung 14 des Gehäuses 3 überdeckt, wobei die erste Bohrung 40 auf der dem Verdichterrad 2 abgewandten Öffnung durch das Gehäuse 3, insbesondere das Gehäuse-Oberteil 8 verdeckt ist. Um in die zweite Drehstellung zu gelangen muss das scheibenförmige Element 11 in der ersten Drehrichtung 20 gedreht werden.

Mittels der By-Pass-Strömungsverbindung 18, die zwischen der Gas- Einlassöff nung 14 und der Gas-Auslassöffnung 16 zumindest zeitweise und/oder betriebs- zustands-abhängig vom Seitenkanalverdichter 1 hergestellt wird, kann das gas förmige Medium in einer zweiten Strömungsrichtung 26 direkt von der Gas-Ein lassöffnung 14 zur Gas-Auslassöffnung 16 und muss dabei nur einen kleinen Teilbereich des Seitenkanals 19 durchströmen. Dabei ist diese By-Pass-Strö- mungsverbindung 18 insbesondere zumindest annähernd direkt zwischen der Gas-Einlassöffnung 14 und der Gas-Auslassöffnung 16 ausgebildet. Auf diese Weise lässt sich eine verbesserte Durchströmung aufgrund eines geringeren Strömungswiderstands durch den Seitenkanalverdichter 1 beim Stillstand des Verdichterrads 2 erzielen, wodurch der Seitenkanalverdichter 1 einen verringer ten Strömungswiderstand, insbesondere eine Drosselung der Strömung, im Brennstoffzellensystem 37, aufweist. Dadurch lässt sich der Vorteil erzielen, dass sich der Wirkungsgrad und/oder die Förderrate des gesamten Brennstoffzellen systems 37 verbessern lässt. Ein Strömen des gasförmigen Mediums in der ers ten Strömungsrichtung 24 von der Gas-Einlassöffnung 14 zur Gas-Auslassöff- nung 16 durch den Strömungskanal 19 wird durch den Steg 25 unterbunden. Die Kapselung in der ersten Strömungsrichtung 24 wird durch die Elemente des min destens einen Stegs 25, der somit in diesem Bereich den Unterbrecher-Bereich 15 ausbildet, und das Schaufelblatt 5 des Verdichterrads 2 erzielt, wobei ein mi nimales und für das gasförmige Medium undurchlässiges Spaltmaß zwischen dem Schaufelblatt 5 und dem Steg 25 ausgebildet ist. Des Weiteren kann das scheibenförmige Element 11 durch das Federelement 35 mit einer Rückstellkraft beaufschlagt werden, wobei die Rückstellkraft das schei benförmige Element 11 in der ersten Drehrichtung 20 in die zweite Drehstellung positioniert, wobei die erste Drehrichtung 20 um die Drehachse 4 verläuft. Vorteil hafterweise liegt die zweite Drehstellung des scheibenförmigen Elements 11 bei einem abgeschalteten Seitenkanalverdichter 1 vor, insbesondere während sich das Verdichterrad 2 im Stillstand befindet. Dies bietet den Vorteil, dass der Strö mungswiderstand des gesamten Seitenkanalverdichters 1 mittels der ausgebilde ten By-Pass-Strömungsverbindung 18, bei der sich das scheibenförmige Element 11 in der zweiten Drehstellung befindet, automatisch ausbilden kann aufgrund der Rückstellkraft des Federelements 35, sobald der Seitenkanalverdichter 1 nicht in Betrieb, insbesondere ausgeschaltet, ist. In diesem Fall befindet sich der Seitenkanalverdichter 1 im Saugbetrieb im Gegensatz zum Förderbetrieb, der bei einem eingeschalteten Seitenkanalverdichter 1 vorliegt.

Die By-Pass-Strömungsverbindung 18 bietet somit Vorteile bei einem häufigen Abschalten des Seitenkanalverdichters 1 im Brennstoffzellenbetrieb, beispiels weise aufgrund von variierenden Betriebszuständen, derart zugeschaltet und ab geschaltet werden zu können, wie es gerade benötigt wird, ohne dass der Sei tenkanalverdichter 1 im abgeschalteten Zustand einen hohen Strömungswider stand ausbildet, insbesondere aufgrund der By-Pass-Strömungsverbindung 18. So kann der Vorteil erzielt werden, dass der Wirkungsgrad des Brennstoffzellen systems 37 erhöht werden kann. Dabei kann beispielsweise, während sich das Brennstoffzellensystem 37 in einem Betriebszustand befindet, bei dem einzig die Strahlpumpe 52 mit einem optimalem und hohen Wirkungsgrad betrieben wird, das Brennstoffzellensystem 37 nur mit der Strahlpumpe 52 und ohne den Betrieb des Seitenkanalverdichters 1 betrieben werden. Auf diese Weise lässt sich der Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems erhöhen. Dabei kann der Seitenka nalverdichter 1 somit abgeschaltet werden und es bildet sich die By-Pass-Strö- mungsverbindung 18 aus, so dass zumindest nahezu keine oder nur geringe Strömungswiderstände des Seitenkanalverdichters 1 im Brennstoffzellensystem 37 ausgebildet werden.

In Fig. 5 ist ein in Fig. 2 mit A-A bezeichneter Schnitt des Seitenkanalverdichters in vergrößerter Darstellung gezeigt, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Dabei ist gezeigt, dass mittels einer Rotationsbewegung mindestens eines schei benförmigen Elements 11 um die Drehachse 4 der Unterbrecher-Bereich 15 zwi schen der Gas-Einlassöffnung 14 und der Gas-Auslassöffnung 16 wegbewegt und durch eine By-Pass-Strömungsverbindung 18 ersetzt wird, wobei das schei benförmige Element 11 mittels einer elektrischen Stelleinheit 22 in die Rotations bewegung versetzt wird. Die elektrische Stelleinheit 22 beaufschlagt dabei das scheibenförmige Element 11 durch die Stelleinheit 22 mit einer Verstellkraft und bewegt es somit in der zweiten Drehrichtung 38, wobei die Verstellkraft das scheibenförmige Element 11 in die erste Drehstellung positioniert, wobei insbe sondere die By-Pass Strömungsverbindung nicht hergestellt ist und wobei die zweite Drehrichtung 38 um die Drehachse 4 verläuft. Des Weiteren kann das Stellelement 22 mittels eines Stiftes 45a auf eine zweite Anlagefläche 51 des scheibenförmigen Elements 11, wobei der Stift 45a mit der zweiten Anlagefläche 51 zumindest in Anlage steht.

Weiterhin wird das scheibenförmige Element 11 durch das Federelement 35 mit einer Rückstellkraft beaufschlagt, wobei die Rückstellkraft das scheibenförmige Element 11 in der ersten Drehrichtung 20 in die zweite Drehstellung positioniert, wobei insbesondere die By-Pass Strömungsverbindung hergestellt ist, wobei die erste Drehrichtung 20 um die Drehachse 4 verläuft. In Fig. 5 ist dabei eine bei spielhafte Ausführung und Anordnung des Federelement 35 im Gehäuse 3 ge zeigt, wobei das Federelement 35 als eine Schraubenfeder 35 ausgebildet ist, wobei sich die Schraubenfeder 35 radial zur Drehachse 4 in einer Öffnung des Gehäuses 3 befindet, wobei die Schraubenfeder 35 in einer ersten Richtung, wo bei die erste Richtung insbesondere parallel zur Längsachse 46 verläuft über ei nen Stift 45b derart auf das scheibenförmige Element 11 wirkt, dass das schei benförmige Element 11 mit einer Rückstellkraft beaufschlagt wird, wobei sich die Schraubenfeder 35 in einer zweiten Richtung an einer ins Gehäuse 3 einge schraubten Einstellschraube 43 abstützt. Dabei kann die auf das scheibenför mige Element 11 wirkende Rückstellkraft mittels der Einschraubtiefe der Einstell schraube 43 und der dadurch resultierenden veränderten Federvorspann kraft der Schraubenfeder 35 verändert oder angepasst werden. Das Federelement 35 wirkt dabei mittels des Stiftes 45b auf eine erste Anlagefläche 49 des scheiben förmigen Elements 11, wobei der Stift 45b mit der ersten Anlagefläche 49 zumin dest in Anlage steht, wobei das Federelement 35 in dieser beispielhaften Ausfüh rungsform als eine Druckfeder 35 wirkt. Zudem ist in Fig. 5 gezeigt, dass das Federelement 35 und das Stellelement 22 an unterschiedlichen Positionen am scheibenförmigen Element 11 in Anlage ste hen und/oder eine Kraft auf dieses ausüben.

In Fig. 6 ist ein in Fig. 2 mit A-A bezeichneter Schnitt des Seitenkanalverdichters in vergrößerter Darstellung gezeigt, gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Dabei ist das Federelement 35 in der Stelleinheit 22 integriert ist, insbesondere innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses 52 der Stelleinheit 22. Dabei wirkt das Federelement 35 und/oder die Stelleinheit 22 mittels eines gemeinsamen Stiftes 45 auf das scheibenförmige Element 11, wobei der Stift 45 in einer parallelen Richtung zur Längsachse 46 verläuft und/oder wirkt, insbesondere mit einer Kraft. Der Stift 45 steht dabei mit einer Führungsnut 53 des scheibenförmigen Elements 11 in Eingriff mittels eines zumindest nahezu in Richtung der Dreh achse 4 verlaufenden Bolzens 50. Auf diese Weise kann mittels des Stiftes 45 eine Zugkraft und eine Druckkraft auf das scheibenförmige Element 11, insbe sondere über den in die Führungsnut 53 eingreifenden Bolzen 50, aufgebracht werden. Dies führt zu einer jeweiligen Rotationsbewegung des scheibenförmigen Elements 11 in die erste Drehrichtung 20 oder die zweite Drehrichtung 38.

In einer beispielhaften Ausführungsform wirkt dabei das Federelement 35 als eine Zugfeder 35 und wirkt mit einer Zugkraft auf den Bolzen 50 während das Stellelement 22 mit einer Druckkraft auf den Bolzen 50 wirkt.

Zudem kann im Rahmen vor dem Start oder nach dem Abschalten des Seitenka nalverdichters 1 oder des Gesamtfahrzeugs im Rahmen einer Kaltstartprozedur eine Ansteuerung der elektrischen Stelleinheit 22 erfolgen, dass das scheibenför mige Element mehrmals abwechselnd in beiden Drehrichtungen 22, 38 bewegt wird.